四、主要變化
（一)形態(tài)學(xué)變化
1.細胞膜的變化 ①微絨毛、細胞突起和細胞表面皺褶消失；②胞膜迅速發(fā)生空泡化（blebbing)，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)不斷擴張并與胞膜融合，形成胞膜表面的芽狀突起，成為出芽(budding)。
2.細胞質(zhì)的變化 ①胞質(zhì)濃縮：由于胞質(zhì)脫水而導(dǎo)致細胞皺縮、致密及固縮(condensation),是細胞凋亡形態(tài)學(xué)變化的一大特征；②細胞器變化：線粒體變大，嵴增多，線粒體空泡化。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔擴大并在凋亡細胞形成自噬體過程中提供包裹膜。其他多數(shù)細胞器完整保存，變得致密。
3.細胞核的變化 核內(nèi)染色質(zhì)濃縮，形成染色質(zhì)塊，并聚集在核膜的邊緣，呈新月形、馬蹄形或舟狀分布，稱為染色質(zhì)邊聚(margination)；或聚集在核中央，稱為染色質(zhì)中聚。隨著染色質(zhì)進一步聚集，核纖維層斷裂消失，核膜在核膜孔處斷裂，兩斷端向包裹將聚集的染色質(zhì)塊分割，形成若干個核碎片（核殘塊)。
4．凋亡小體形成 胞膜皺縮內(nèi)陷，分割包裹胞質(zhì)，內(nèi)含DNA物質(zhì)及細胞器，形成泡狀小體稱為凋亡小體(apoptosis body)，這是凋亡細胞特征性的形態(tài)學(xué)改變。凋亡小體呈圓形、橢圓形或不規(guī)則狀，小體內(nèi)的成分主要是胞質(zhì)、細胞器和核碎片。
5．吞噬 凋亡小體形成后，鄰近細胞(巨噬細胞)識別其膜外新的生物大分子磷脂酰絲氨酸(phosphatidylserine)并吞噬和消化。整個凋亡過程沒有細胞內(nèi)容物的外漏，因而不伴有局部的炎癥反應(yīng)，也無纖維化現(xiàn)象(圖8—2)。
6．繼發(fā)性壞死(secondary necrosis) 在體外實驗誘導(dǎo)細胞凋亡時，由于沒有巨噬細胞吞噬凋亡小體醫(yī)學(xué)全在線，凋亡小體會發(fā)生繼發(fā)性壞死。
(二)生化改變
1. 凋亡啟動因子 在細胞凋亡期間盡管線粒體超微結(jié)構(gòu)基本正常，但其功能已發(fā)生顯著改變。各種致凋亡因素使線粒體內(nèi)膜的跨膜電位降低、線粒體呼吸鏈受損、ATP生成減少、細胞活性氧(reactive oxygen species，ROS)產(chǎn)生增多、線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔(permeability transitionpore，PTP)開放和線粒體膜通透性增高，導(dǎo)致線粒體內(nèi)的細胞色素C(cytochrome c，Cyto—C)、凋亡誘導(dǎo)因子(apoptosis inducing factor，AIF)、凋亡蛋白酶激活因子(apoptotic protease activating factor，Apaf)等凋亡啟動因子釋放入胞質(zhì)，對凋亡的發(fā)展起重要作用。
2．凋亡蛋白酶 凋亡蛋白酶(caspase，是cysteine—containing aspartate—specific protease的縮寫)有兩個特征：①都是含有半胱氨酸的蛋白酶；②作用部位都在天冬氨酸殘基后的位點。凋亡蛋白酶前體(procaspase)可被切割為大約20kD和10 kD的兩個片斷及一個N端前區(qū)(prodomain)。至今已發(fā)現(xiàn)14種caspases，依據(jù)結(jié)構(gòu)和功能的不同可分為三類：①起始凋亡蛋白酶(initiator caspases)：包括具有長N端前區(qū)的caspase—2，8，9，10，能對細胞凋亡的信號作出反應(yīng)，啟動細胞的自殺過程；②效應(yīng)凋亡蛋白酶(effector caspases)：包括具有短N端前區(qū)的caspase—3，6，7，是細胞凋亡過程中的執(zhí)行者，能水解特定蛋白底物；③與炎癥有關(guān)的凋亡蛋白酶：包括caspase—1，4，5，11，12，13，14。已確定的caspase作用底物有60多個，主要有：①凋亡蛋白酶激活的DNA酶抑制物(inhibitor of caspase—activated deoxyribonuclease，ICAD)：gydjdsj.org.cn/zhicheng/caspases水解ICAD，使凋亡蛋白酶激活的DNA酶(caspases—activated deoxyribonuclease，CAD)處于活性狀態(tài)并使DNA片段化；②核纖層(lamina)蛋白：被caspases分解后導(dǎo)致核裂解；③細胞骨架蛋白：caspases水解細胞的骨架蛋白，導(dǎo)致細胞解體，形成凋亡小體；④其他caspases：在凋亡級聯(lián)反應(yīng)(cascade)中，某些caspases可水解其他caspases，如caspase—9可使caspase—3前體水解形成具有分解蛋白質(zhì)活性的easpase—3；⑤滅活細胞凋亡的抑制物(如Bcl—2)，這不僅消除了Bcl—2蛋白的抗細胞凋亡作用，而且Bcl—2水解片段也有促細胞凋亡的作用。總之，caspases在細胞凋亡的啟動和完成中起重要作用，是細胞凋亡的執(zhí)行者，決定了細胞凋亡的形態(tài)改變和生物化學(xué)改變。
3. 內(nèi)源性核酸內(nèi)切酶與DNA片段化 細胞凋亡過程中執(zhí)行染色質(zhì)DNA切割任務(wù)的是內(nèi)源性核酸內(nèi)切酶，有Ca2+／Mg2+非依賴性核酸內(nèi)切酶和Ca2+／Mg2+依賴性核酸內(nèi)切酶。后者以無活性的形式存在于細胞核內(nèi)，其激活需Ca2+／Mg2+等2價金屬離子的存在。凋亡蛋白酶激活的DNA酶(CAD)就是一種細胞內(nèi)源性核酸內(nèi)切酶。正常情況下，CAD與ICAD結(jié)合成無活性的二聚體，位于胞質(zhì)中，當ICAD被caspase水解后，CAD與ICAD分離而被激活，從而進入細胞核，導(dǎo)致DNA的降解。
凋亡細胞雙鏈DNA發(fā)生兩種類型的斷裂：①首先是形成高分子量的DNA片段，50kb和(或)
300kb，可能由染色質(zhì)中的DNA斷裂形成；②其次，內(nèi)源性核酸內(nèi)切酶作用于DNA雙鏈的核小體(nucleosome)連接部，形成180-200bP或其整倍數(shù)的片段，在瓊脂糖凝膠電泳中呈“梯”狀(ladder pattern)條帶，這是判斷凋亡發(fā)生的客觀指標之一（圖8-3)。
